ガリウムリン(GaP) [半導体材料]
ラブライブ!の星空凛と、半導体のガリウムリン。
— ヒサン@電子材料勉強中 (@Hisan_twi) 2016年4月3日
色が完全に一致です。 pic.twitter.com/1M2rAVlx9x
ガリウムリン(GaP)は他の多くのIII-V族半導体と同じ閃亜鉛鉱型の結晶構造をしています。2種類の原子で構成されていることを無視すれば、シリコンのダイヤモンド構造と同じ原子配置の結晶構造型です。 pic.twitter.com/4kNLzDGEeg
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GaPのバンドギャップは2.26 eVで、緑色の波長に相当します。III-V族半導体の中では珍しく間接遷移型半導体です。SiやGeなどは間接遷移型半導体であるため発光しにくいのですが、GaPは間接遷移型半導体なのに発光効率が高いという特異な特性を持っています。
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間接遷移型半導体は価電子帯の頂点と伝導帯の底の波数位置が一致しないためフォノンを介さないと遷移できないのですが、間接遷移する確率は低いため、間接遷移する前に欠陥を介して非放射で再結合してしまいます。
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GaPが間接遷移型半導体でありながら発光効率が高いのは、電子遷移に不純物の準位を利用するためです。例えば窒素(N)をドープすると伝導帯のすぐ下にNの準位ができます。伝導帯の電子はこのNに捕らえられます。 pic.twitter.com/VOllnvK4xD
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GaP中のNの準位は波数空間で広がっており、電子はこの準位を介して価電子帯の頂点と同じ波数で放射遷移することができます。これによりGaPは直接遷移型半導体と同程度の発光効率で発光させることができます。
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GaPにドープする不純物の種類により発光する波長を変えることができます。不純物の原子は1種類でなくてもよく、原子のペアで作用する場合もあります。Nドープでは565 nm(黄緑色)、ZnとOのドープでは700 nm(赤色)の光を放出するため、これらはよくLEDに用いられています。
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